CN112838451A - 一种低电阻率的复合型母线铜排及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种低电阻率的复合型母线铜排及其制作方法，由铜排和一体浇注在铜排外部的绝缘层组成；所述铜排的组成成分及质量百分比为：硅0.05‑0.08％、铁0.08‑0.2％、银0.1‑0.3％、镧0.01‑0.03％、铈0.02‑0.08％、锰0.1‑0.5％、锌0.6‑1.2％、铝2‑6％、余量为Cu及不可去除的杂质；本发明的合金铜排强度较高，而且显示出了较低的电阻率，添加稀土元素镧、铈，和铁、铝元素协同作用，有助于细化晶粒，提高合金铜排的强度、韧性、耐腐蚀性和抗氧化性，添加多种金属合理搭配，既能降低电阻率，又可以提高合金铜排的延展性，同时降低成本。

Description

一种低电阻率的复合型母线铜排及其制作方法
技术领域
本发明涉及金属复合材料技术领域，具体涉及一种低电阻率的复合型母线铜排及其制作方法。
背景技术
母线槽因具有安全可靠、容量大、体积小、设计施工周期短、系列配套、装拆方便、使用寿命长等优点，适用于大型商场、展览馆、体育馆、机场及高层建筑等场所供电使用。铜排的电导率和热导率仅次于银，广泛用于制作导电、导热器材，铜排主要是用在一次线路上(大电流的相线、零线、地线都会用到铜排)，在电柜上较大电流的一次元器件的连接都是用铜排，比如一排电柜在柜与柜之间连接的是主母排，主母排分到每面电柜的开关电气(隔离开关、断路器等)上的是分支母排；
但我国是一个贫铜国家，铜资源较为稀缺，铝也是良好的导电体，但铝导电率较低，且接触电阻较大，而且极易在空气中氧化，因此需要对含铝配方进行改进，以弥补含铝铜排的缺陷。
发明内容
本发明目的是为了解决以上现有技术的不足，提出了一种低电阻率的复合型母线铜排，由铜排和一体浇注在铜排外部的绝缘层组成；所述铜排的组成成分及质量百分比为：硅0.05-0.08％、铁0.08-0.2％、银0.1-0.3％、镧0.01-0.03％、铈0.02-0.08％、锰0.1-0.5％、锌0.6-1.2％、铝2-6％、余量为Cu及不可去除的杂质。
优选地，所述铜排的组成成分及质量百分比为：硅0.06-0.07％、铁0.1-0.15％、银0.15-0.2％、镧0.01-0.02％、铈0.02-0.04％、锰0.3-0.5％、锌0.8-1.1％、铝2-6％、余量为Cu及不可去除的杂质。
优选地，上述低电阻率的复合型母线铜排，所述绝缘层的制备方法包括如下步骤：
(1)将异丙醇和纯水混合以制备溶剂，并向溶剂中添加少量氨水，然后加入石墨颗粒和表面活性剂；然后将正硅酸乙酯加入到悬浮液中，60℃下搅拌2h；过滤、分离、干燥后得到晶硅涂层石墨；其中，石墨颗粒和表面活性剂的质量比为1:(0.015-0.02)；
(2)将环氧树脂、晶硅涂层石墨加入行星式球磨机，研磨机转速为400-600rpm/min，研磨时间为1-3h，然后加入阻燃剂，继续研磨0.5-1.5h，研磨完毕后将研磨物超声处理0.5-1h，得到绝缘层物料；其中，环氧树脂、晶硅涂层石墨和阻燃剂的质量比为1:(0.25-0.45):(0.01-0.03)。
优选地，所述的表面活性剂为聚乙烯基吡咯烷酮。
优选地，上述低电阻率的复合型母线铜排的制作方法，包括如下步骤：
(a)将各原料按配比加入熔炼炉熔炼，在合金熔液上方覆盖150-200mm厚的煅烧木炭，熔炼温度1000-1200℃，熔炼完毕后将合金熔液流入保温炉；
(b)采用上引连铸机引出上引出合金铜杆，将合金铜杆采用连续挤压机挤制形成合金铜排胚料；
(c)采用双螺杆挤出机挤出绝缘层物料，通过通过矩形拉管模具，使绝缘层物料紧密的挤压包裹在合金铜排胚料上，得到所述复合型母线铜排。
优选地，步骤(b)中，牵引机牵引速度为1000-2000mm/min，合金铜杆直径为5-20mm。
优选地，步骤(b)中，挤压机挤压速度为4-8r/min。
有益效果：
(1)本发明的合金铜排强度较高，而且显示出了较低的电阻率，添加稀土元素镧、铈，和铁、铝元素协同作用，有助于细化晶粒，提高合金铜排的强度、韧性、耐腐蚀性和抗氧化性，添加多种金属合理搭配，既能降低电阻率，又可以提高合金铜排的延展性，同时降低成本。
(2)绝缘层添加晶硅涂层石墨，正硅酸乙酯在碱性条件下生成二氧化硅，由于石墨表面显示出与二氧化硅相容性低的疏水性表面，添加表面活性剂辅助二氧化硅可以较好地涂覆在石墨表面，即可以保证绝缘层具备较好地绝缘性能，而且兼具散热性。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种低电阻率的复合型母线铜排，由铜排和一体浇注在铜排外部的绝缘层组成；所述铜排的组成成分及质量百分比为：硅0.06％、铁0.12％、银0.22％、镧0.03％、铈0.03％、锰0.38％、锌0.83％、铝3.5％、余量为Cu及不可去除的杂质。
其中，绝缘层的制备方法包括如下步骤：
(1)将异丙醇和纯水混合以制备溶剂，并向溶剂中添加少量氨水，然后加入石墨颗粒和聚乙烯基吡咯烷酮；然后将正硅酸乙酯加入到悬浮液中，60℃下搅拌2h；过滤、分离、干燥后得到晶硅涂层石墨；其中，石墨颗粒和表面活性剂的质量比为1:0.016；
(2)将环氧树脂、晶硅涂层石墨加入行星式球磨机，研磨机转速为400-600rpm/min，研磨时间为2.5h，然后加入阻燃剂，继续研磨1.0h，研磨完毕后将研磨物超声处理1h，得到绝缘层物料；其中，环氧树脂、晶硅涂层石墨和阻燃剂的质量比为1:0.32:0.02。
一种低电阻率的复合型母线铜排的制作方法，包括如下步骤：
(a)将各原料按配比加入熔炼炉熔炼，在合金熔液上方覆盖150-200mm厚的煅烧木炭，熔炼温度1000-1200℃，熔炼完毕后将合金熔液流入保温炉；
(b)采用上引连铸机引出上引出合金铜杆，将合金铜杆采用连续挤压机挤制形成合金铜排胚料；其中，牵引机牵引速度为1000-2000mm/min，合金铜杆直径为5-20mm，挤压机挤压速度为4-8r/min；
(c)采用双螺杆挤出机挤出绝缘层物料，通过通过矩形拉管模具，使绝缘层物料紧密的挤压包裹在合金铜排胚料上，得到所述复合型母线铜排。
经测试，所得复合型母线铜排的电阻率为0.01812Ω.m/m2(20℃)。
实施例2
一种低电阻率的复合型母线铜排，其特征在于，由铜排和一体浇注在铜排外部的绝缘层组成；所述铜排的组成成分及质量百分比为：硅0.08％、铁0.16％、银0.15％、镧0.02％、铈0.05％、锰0.45％、锌1.15％、铝2.8％、余量为Cu及不可去除的杂质。
其中，绝缘层的制备方法包括如下步骤：
(1)将异丙醇和纯水混合以制备溶剂，并向溶剂中添加少量氨水，然后加入石墨颗粒和聚乙烯基吡咯烷酮；然后将正硅酸乙酯加入到悬浮液中，60℃下搅拌2h；过滤、分离、干燥后得到晶硅涂层石墨；其中，石墨颗粒和表面活性剂的质量比为1:0.02；
(2)将环氧树脂、晶硅涂层石墨加入行星式球磨机，研磨机转速为400-600rpm/min，研磨时间为3h，然后加入阻燃剂，继续研磨1.5h，研磨完毕后将研磨物超声处理0.8h，得到绝缘层物料；其中，环氧树脂、晶硅涂层石墨和阻燃剂的质量比为1:0.45:0.03。
一种低电阻率的复合型母线铜排的制作方法，包括如下步骤：
(a)将各原料按配比加入熔炼炉熔炼，在合金熔液上方覆盖150-200mm厚的煅烧木炭，熔炼温度1000-1200℃，熔炼完毕后将合金熔液流入保温炉；
(b)采用上引连铸机引出上引出合金铜杆，将合金铜杆采用连续挤压机挤制形成合金铜排胚料；其中，牵引机牵引速度为1000-2000mm/min，合金铜杆直径为5-20mm，挤压机挤压速度为4-8r/min；
(c)采用双螺杆挤出机挤出绝缘层物料，通过通过矩形拉管模具，使绝缘层物料紧密的挤压包裹在合金铜排胚料上，得到所述复合型母线铜排。
经测试，所得复合型母线铜排的电阻率为0.01956Ω.m/m2(20℃)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低电阻率的复合型母线铜排，其特征在于，由铜排和一体浇注在铜排外部的绝缘层组成；所述铜排的组成成分及质量百分比为：硅0.05-0.08％、铁0.08-0.2％、银0.1-0.3％、镧0.01-0.03％、铈0.02-0.08％、锰0.1-0.5％、锌0.6-1.2％、铝2-6％、余量为Cu及不可去除的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种低电阻率的复合型母线铜排，其特征在于，所述铜排的组成成分及质量百分比为：硅0.06-0.07％、铁0.1-0.15％、银0.15-0.2％、镧0.01-0.02％、铈0.02-0.04％、锰0.3-0.5％、锌0.8-1.1％、铝2-6％、余量为Cu及不可去除的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种低电阻率的复合型母线铜排，其特征在于，绝缘层的制备方法包括如下步骤：
(1)将异丙醇和纯水混合以制备溶剂，并向溶剂中添加少量氨水，然后加入石墨颗粒和表面活性剂；然后将正硅酸乙酯加入到悬浮液中，60℃下搅拌2h；过滤、分离、干燥后得到晶硅涂层石墨；其中，石墨颗粒和表面活性剂的质量比为1:(0.015-0.02)；
(2)将环氧树脂、晶硅涂层石墨加入行星式球磨机，研磨机转速为400-600rpm/min，研磨时间为1-3h，然后加入阻燃剂，继续研磨0.5-1.5h，研磨完毕后将研磨物超声处理0.5-1h，得到绝缘层物料；其中，环氧树脂、晶硅涂层石墨和阻燃剂的质量比为1:(0.25-0.45):(0.01-0.03)。
4.根据权利要求1所述的一种低电阻率的复合型母线铜排，其特征在于，所述的表面活性剂为聚乙烯基吡咯烷酮。
5.如权利要求1-3所述的低电阻率的复合型母线铜排的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)将各原料按配比加入熔炼炉熔炼，在合金熔液上方覆盖150-200mm厚的煅烧木炭，熔炼温度1000-1200℃，熔炼完毕后将合金熔液流入保温炉；
(b)采用上引连铸机引出上引出合金铜杆，将合金铜杆采用连续挤压机挤制形成合金铜排胚料；
(c)采用双螺杆挤出机挤出绝缘层物料，通过通过矩形拉管模具，使绝缘层物料紧密的挤压包裹在合金铜排胚料上，得到所述复合型母线铜排。
6.根据权利要求5所述的低电阻率的复合型母线铜排的制作方法，其特征在于，步骤(b)中，牵引机牵引速度为1000-2000mm/min，合金铜杆直径为5-20mm。
7.根据权利要求5所述的低电阻率的复合型母线铜排的制作方法，其特征在于，步骤(b)中，挤压机挤压速度为4-8r/min。
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